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    • 1.电荷耦合器件的结构组成
    • 2.电荷耦合器件的工作原理
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电荷耦合器件的结构组成 电荷耦合器件的工作原理

2022/12/02 作者:eefocus_3880508
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电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)是一种用于探测光的硅片,由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化,实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。接下来小编就给大家介绍一下电荷耦合器件的结构组成以及电荷耦合器件的工作原理。

1.电荷耦合器件的结构组成

电荷耦合器件是由间隔极小的金属-氧化物-半导体电容阵列构成的。图4-24表示N沟道CCD的结构模型。它是在P型半导体Si表面,生长一层厚度约为100nm的优质二氧化硅层,然后再在SiO2,上面蒸发一层间距小于3μm,条长一般为4~5μm的金属电极阵列。

电荷耦合器件的结构组成

2.电荷耦合器件的工作原理

1、势阱的形成

MOS结构中半导体表面在外电场的作用下产生积累、耗尽和反型的性质,都是从定态过程分析的,面没有考虑它的瞬态情况。如果施加在半导体表面是一个脉冲电压,那末就要考虑MOS电容的瞬态特性及其弛豫过程。

CCD是在非平衡条件下工作的器件。如果势阱中没有自由电子,我们说势阱是空的,称为空阱。在平衡态时,势阱被电子填满,我们说势阱是满的,称为满阱。势阱由空到满的过程,自由电荷数量是连续变化的,因此,在这个过程中,势阱中的电荷量可以允许从零到平衡之间的任何值。势阱中的自由电荷可以自身产生,也可以从讲外引入。但必须注意,在非平衡状态时,由于势阱本身存在产生率,自由电荷将随时间增加面增加。如用注入势阱的电荷来表示信息时,为使不受热产生电荷的干扰,信息电荷在一个势阱中停留的时间不能太长。电荷耦合器件的工作原理。一般应比达到热平衡状态的时间短很多。

2、电荷转移

CCD器件之所以能应用于大规模集成电路,不仅能在脉冲电压作用下,使硅表面形成势阱,而更重要的是势件中的电荷能在时钟脉冲的作用下,从一个势阱转移到易一个势阱。

CCD的基本原理,利用MOS结构非平衡状态下电荷的存贮效应和转移效应来存贮和处理信息的。

3、三相CCD的电荷转移

CCD栅下转移电荷的势阱,也称为沟道。用P型半导体做衬底,得到的是N沟道CCD。相反,用N型半导体做衬底,得到的是P沟道CCD。

在CCD中,前一位和后一位的耦合,完全是势阱之间的耦合,不用其它联线,因此,COD移位寄存器的布线就显得格外简单。

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